Соленый киловатт
В один-одинешенек великолепный на днях 1747 года французский аббат Нолле слил недопитый намедни бордо б свиной мочевой пузырь, доставленный с кухни, и погрузил его в бочонок с водой. Сквозь 262 года, 24 ноября 2009-го, норвежская кронпринцесса Метте-Марит пригубила бокал с шампанским. Как соединены эти два действия? И Нолле и принцесса сделали выдающиеся открытия. Аббат основным в мире смог обрисовать парадокс осмоса и базисные характеристики мембраны, а Метте-Марит, разрезав символическую ленточку, обнаружила основную б мире осмотическую электростанцию Statcraft в Тофте.В один-одинехонек великолепный на днях 1747 года французский аббат Нолле слил недопитый намедни бордо б свиной мочевой пузырь, доставленный с кухни, и погрузил его в бочонок с водой. Сквозь 262 года, 24 ноября 2009-го, норвежская кронпринцесса Метте-Марит пригубила бокал с шампанским. Как соединены эти два действия? И Нолле и принцесса сделали выдающиеся открытия. Аббат главным в мире смог обрисовать парадокс осмоса и базисные характеристики мембраны, а Метте-Марит, разрезав символическую ленточку, обнаружила главную б мире осмотическую электростанцию Statcraft в Тофте.
О том, что по сути заполнил вошедший в историю свиной пузырь аббат, а по совместительству большой физик-экспериментатор Жан Антуан Нолле можнож дискутировать. Но наличие воды в обоих сосудах (пузыре и бочке) безоговорочно. Разница состоит едва лишь в концентрации растворенного в ней спирта. Эта самая разница отдала толчок диффузии воды сквозь полупроницаемую мембрану из бочонка в пузырь. По тому, как раздулся пузырь, можнож имелось осознать, что явление это рождает очень полноценную однонаправленную множество, тот или иной Нолле именовал осмотическим давлением.
А осмос он определил как процесс диффузии растворителя из наименее концентрированного раствора в наиболее концентрированный.
В наши дни норвежская компания Statcraft, фаворит евро базара экологически девственной энергетики, разыскала метод перевоплотить это давление в электричество. Новенькая разработка — единственная, способная извлекать джоули из природной различия содержания минеральных солей в пресной и морской воде, а не из кинетической энергии и движения. По оценкам норвежцев, мировые ресурсы восстанавливаемой осмотической энергии сочиняют от 1,6 до 1,7 тераватт — примеэно столько-же в 2004 году потребовалось миллиардному Китаю! В отличие от своенравного ветра, прибоя и солнца, процессы осмоса не останавливаются ни ча секунду 24 часа в день законченный год.
Опьянеть море
Вообщем-то явление осмоса употребляется в промышленных масштабах теснее наиболее 40 лет. Лишь это не классический открытый осмос аббата Нолле, а так-называемый обратный осмос — искусственный процесс проникания растворителя из концентрированного в разбавленный раствор под деяньем давления, превосходящего природное осмотическое давление. Таковая разработка приноравливается в опреснительных и очищающих агрегатах первоначально 1970-х. Соленая морская вода нагнетается на специальную мембрану и, проходя сквозь ее поры, лишается внушительной толики минеральных солей, а заодно микробов и даже вирусов. Для прокачивания соленой либо загрязненной воды приходится затрачивать огромные объемы энергии, но забава быть достойным свеч — на планетке живет множество регионов, где недостаток питьевой воды приходит острейшей вопросом.
Теоретические разработки в данной для нас области возникли еще в начале XX века, но для их реализации не хватало основного — пригодной осмотическом мембраны. Таковая мембрана соответственна водилась выдерживать давление, в 20 разов превышающее давление нормального бытового водопровода, и обладать очень высшую пористость. Творенье субстанций с схожими качествами стало вероятным опосля 2-ой мировой, иной раз скопленный в ходе военных проектов научный потенциал отдал толчок развитию технологий производства синтетических полимеров.
Более внушительный прорыв в данной для нас области произошел в 1959 году. Сидней Лоэб и Шриниваса Суранджан из Калифорнийского института в Лос-Анджелесе разработали спиральную анизотропную мембрану, способную выдерживать колоссальное давление, результативно удерживать минеральные соли и мех-ские частички масштабом до 5 мкм и ключевое — владеющую высочайшей пропускной способностью при малых масштабах. Изобретение Лоэба и Суранджана сделало осмотическое опреснение экономически выгодным делом, в начале 1960-х в калифорнийской Коалинге Лоэб выстроил главную в мире опреснительную станцию на эффекте PRO (Pressure retarded osmosis), а далее перебрался в Израиль, где на средства ЮНЕСКО продолжил родные исследования. При участии Лоэба в 1967 году в местечке Йотвата водилась построена опреснительная конструкция мощностью 150 м3 в день, производившая девственную питьевую воду из подземного озера с соленостью, десятикратно превышавшей морскую. Еще сквозь три года разработка PRO водилась защищена южноамериканским патентом.
Опыты по превращению осмотического давления в электрическую энергию с применением мембран Лоэба-Суранджана проводились многообразными научными группами и компаниями с начала 1970-х. Принципиальная схема этого процесса водилась явной: поток пресной (речной) воды, проникающий через поры мембраны увеличивает давление 
в резервуаре с морской водой, тем дозволяя раскручивать турбину. Далее отделанная солоноватая вода выбрасывается в море. Неувязка водилась едва лишь в том, что классические мембраны для PRO водились очень дороги, своенравны и не обеспечивали нужной мощности потока. С мертвой точки тяжба двинулось в точке 1980-х, иной раз за заключение задачки взялись норвежские химики Торлейф Хольт и Тор Торсен из института SINTEF.
Космический размах
Мембраны Лоэба вызывали медицинской чистоты для поддержания наибольшей производительности. Агрегат мембранного модуля опреснительной станции предугадывала неизбежное наличие первичного фильтра грубой чистки и могучего насоса, сбивавшего мусор с рабочей поверхности мембраны.
Хольт и Торсен, проанализировав свойства большинства многообещающих субстанций, приостановили личный выбор на дешевом измененном целофане. Их публикации в научных журнальчиках завлекли заинтересованность профессионалов из State raft, и норвежских химиков пригласили продолжить службу под покровиительством
Осмос и космос
Ученые разработали технологию DOC, сочетающую два разнонаправленных процесса — открытый и обратный осмос. При обратном осмосе мембрана функционирует как фильтр узкой чистки и просит великих издержек энергии.
Открытый осмос, напротив, производит ее. Любой из этих действий по отдельности лишает водные растворы подавляющего численности примесей. В итоге раздобывается так давать имя сероватая вода, тот или иной можнож использозать для гигиенических цельнее. Для того чтоб сделать из сероватой воды питьевую, раствор проходит шаг мембранной чистки без доп прогревания и дальше чистку от микробов и вирусов в подсистеме каталитического окисления. Балансовая энергоемкость DOC хватить густа для использования в космосе.
Уникальный метод чистки воды для космических станций представила южноамериканская компания Osmotek. Для сбора товаров жизнедеятельности она дает применять мембранные фунтики наподобие чайных с хранящимся в их активированным углем. Мембрана пропускает наружу едва лишь воду с незначимым числом загрязнений. Этот первичный раствор далее попадает в мембранную камеру со особым концентрированным субстратом в второй доли. Возникающее явление открытого осмоса заканчивает процесс.
Компания Oasys обецает понизить расход энергии осмотических опреснительных конструкций ни мало ни много в 10 разов. Правда, в предоставленном случае идет речь не о обратном, а о искреннем осмосе. И не азбучном, а измененном. Его сущность содержится в наличии на ответной стране нормальной PRO-мембраны запатентованного вытягивающего раствора с высочайшим содержанием аммиака, двуокиси углерода и вторых химикатов. При контакте 2-ух растворов возникает явление осмоса и происходит очищение начального сырья от примесей. Изюминка методики Оаsys в том, что поток девственной пресной воды не смешивается с вытягивающим веществом.
энергетической компании. В 2001 году мембранная программа Statcraft погучила муниципальный грант. На приобретенные средства водилась построена экспериментальная осмотическая конструкция в Сунндальсьоре для тестирования образчиков мембран и обкатки технологии в целом. Площадь конструктивной поверхности в ней водилась чуток выше 200 м2.
Для ускорения процесса в команду водились приглашены инженеры из спец мембранной лаборатории NASA. Тяжба в том, что еще со пор подготовки к лунной програмке Apollo при Центре NASA им. Эймса проводились глубочайшие исследования технологий опреснения и чистки аква растворов. Опыт американцев подошел как нельзя кстати, и к 2008 году у Statcraft возникли 1-ые эталоны спиральных полимидных мебран для водящихся осмотических электростанций. Их производительность составила 1 Вт на 1 м2 при диффузии 10 литр. пресной воды в секунду под давлением 10 бар.
На станции в Тофте функционируют конкретно этакие мембранные модули корпоративной плсщадью 2000 м2. Для выработки 4 кВт этого полностью хватить, но для настоящей 25-мегаваттной станции потребовалось бы аж 5 млн квадратов. Очевидно, мембраны для осмотических электростанций соответственны иметься еще эффективнее сегодняшних. Стайн Эрик Скиллхаген, вице президент Statcraft, курирующий програмку, утверждает, что на данный момент компания тестирует спиральнье эталоны из полых волокон производительностью 3 Вт/м2, а к 2015 году явятся плоские 5-ваттные мембраны. Не считая того, норвежцы пристально изучают посторонние разработки в данной для нас области и энергично сотрудничают со спецами из General Electric, Hydranautics, Dow и японской Toray.
Кстати, мембрана для открытого осмоса — это не узкая стена, тот или иной живописуют на упрощенных схемах, а длиннющий рулон, заключенный в цилиндрический корпус. Соединения с корпусом изготовлены таковым образом, что во целых покровах рулона с одной сторонки мембраны постоянно находится пресная вода, а с второй — морская.
Энергия глубин
Разница меж соленостью (по-научному — градиент солености) пресной и морской воды — базисный принцип занятия осмотической электростанции. Чем она преимущественно, тем выше размер и скорость потока на мембране, а следовательно, и число энергии, вырабатываемой гидротурбиной. В Тофте пресная вода самотеком поступает на мембрану, в итоге осмоса давление морской воды на той стороне резко вырастает. Силища у осмоса колоссальная — давление может поднять степень морской еоды на 120 мтр.
Дальше приобретенная разбавленная морская вода устремляется сквозь распределитель давления на лопатки турбины и, отдав им всю близкую энергию, выбрасывается в море. Распределитель давления отбирает число энергии потока, раскручивая насосы, закачивающие морскую воду. Таковым образом удается существенно повысить эффективность занятия станции. По оценке Рика Стовера, основного технолога компании Energy Recovery, производящей этакие установки для опреснительных заводов, КПД передачи энергии в распределителях приближается к 98%. Метко этакие же аппараты при опреснении подсобляют доставлять питьевую воду в жилые жилья.
Как подмечает Скиллхаген, в эталоне осмотические элестростаниии необходимо кооперировать с опреснительными агрегатами — соленость остаточной морской воды в заключительных в 10 разов выше природного степени. В этаком тандеме эффективность выработки энергии вырастет более чем в два раза.
ГОЛЛАНДСКАЯ БАТАРЕЙКА
В Голландии каждую секунду в соленое море низвергается 3300 м3 речной воды, ее суммарный энергетический потенциал — 4,5 х 109 Вт. Исследователи из КЕМА также хотят выловить жаждая бы число энергии из данной для нас бездонной бочки, но без излишней, по их сужденью, механики. И таковая вероятность живет. Пока — в облике экспериментальной агрегата обратного электродиализа RED (Reverse electrodialysis). В ней также употребляются морская и пресная вода, разбитые полупроницаемыми границами. Но мембран тут две, и они исполняют роль электродов.
Ведь RED — батарея, действующая благодаря разнице в концентрациях ионов в 2-ух средах. Разница восоздает слабенькое напряжение на поверхности анодной и катодной мембран. Ежели из их смонтировать кулек вольтаж получится очень ощутимым. Батарейка масштабом со обычный морской контейнер выдает практически 250 кВт. КЕМА с 2006 года эксплуатирует небольшую 50-кВт конструкцию в Харлингене. На ней тестируются методы чистки мембран биоматериалом. Клиническая чистота — критически принципиальный фактор действенной занятия налаженности.
Строй занятия в Тофте начались в осеннюю пору 2008 года. На местности завода по производству целлюлозы компании Sodra Cell был арендован пустующий склад. На главном этаже устроили каскад сетчатых и кварцевых фильтров для чистки речной и морской воды, а на втором — машинный зал. В декабре такого же года был осуществлен взлет и установка мембранных модулей и распределителя давления. В феврале 2009-го группа водолазов проложила по дну залива два параллельных трубопровода — для пресной и морской воды.
Забор морской воды исполняется в Тофте с глубин от 35 до 50 мтр — в этом покрове ее соленось оптимальна. Не считая того, там она существенно невиннее, чем у поверхности. Но, невзирая на это, мембраны станции призывают постоянной очистки от забивающих микропоры органических остатков.
С апреля 2009 года электростанция эксплуатировалась в пробном режиме, а в ноябре, с беглой руки принцессы Метте-Марит, водилась запущена на всю катушку. Скиллхаген убеждает, что прямо за Тофте у Statcraft явятся и иные подобные, но наиболее свершенные проекты. И не только лишь в Норвегии. По его словам, подземный комплекс масштабом с футбольное поле способен бесперебойно снабжать электричеством целый город с 15 000 личных жилья. При этом, в отличие от ветряков, таковая осмотическая конструкция фактически бесшумна, не изменяет обыкновенный ландшафт и не влияет на здоровье жителя нашей планеты. А о пополнении запасов соленой и пресной воды в ней позаботится сама природа.
Текст: Владимир Санников
Источник: журнальчик «Модная механика» 1 2011
Posted in Эконовости by admin with comments disabled.